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原文传递车-桥耦合系统振动的随机特性及极值分析(U1334201)

论文题名：	车-桥耦合系统振动的随机特性及极值分析(U1334201)
关键词：	高速铁路;车-桥耦合系统;随机振动;极值分析;风荷载
摘要：	随着高速铁路系统的飞速发展，列车运行速度不断提高，桥梁结构在线路所占比重不断提高，列车与桥梁系统相互作用的研究尤为重要。在列车过桥时，两者相互作用具有很强的随机特性。风荷载不仅能够增大列车和桥梁结构的振动，其强随机性势必使得耦合系统的动力振动响应显现出很强的随机特性。本文基于车-桥耦合系统动力响应分析理论，围绕车-桥耦合系统及风荷载作用下的车-桥耦合系统的随机特性及极值分析，进行了如下研究: 　　(1)首先，将虚拟激励算法与自适应高斯积分进行结合。该组合进一步提高了时变系统随机振动的计算效率，实现了系统自主分辨出荷载对结构作用的关键频率区间及不重要频率区段，自动化地对关键频率区间进行细分，明确了频率区间对结构系统的振动特性的影响，保证不遗漏任何一个有效频率;对不重要频率区段进行粗略分段或剔除，有效地减少了计算消耗，提高了计算效率。其次，基于虚拟激励算法，推导得出了能够求解不确定性结构随机特性的计算方法——随机虚拟激励算法。此方法能够有效地考察结构不确定性及外荷载的变异系数对结构随机振动响应的影响。最后，以随机风荷载作用下的高桥塔作为计算工况，探讨了虚拟激励算法与自适应高斯积分结合算法的高效性和正确性，验证了随机虚拟激励算法的有效性，并研究了结构不确定性和风荷载变异系数对桥塔结构随机振动响应的影响。　　(2)基于车辆和桥梁结构的构造特点和力学特性，运用有限元方法建立车辆和桥梁结构的有限元模型，避免了推导车辆运动方程的繁琐过程。根据结构动力学理论，求解得到了车辆各个模态对应的结构阻尼比。基于模态叠加原理，分别建立车辆子系统和桥梁子系统的运动微分方程，采用Duhamel积分求解车-桥耦合系统的运动微分方程并得到精确结果。编制并验证了车-桥耦合振动分析软件，实现了软件分析功能的多元化及分析目标的可变性，为模型精细化建模以及计算软件的通用性提供了技术支持。　　(3)运用虚拟激励算法结合自适应高斯积分技术，求解得到了车-桥耦合系统的随机特性，并运用Monte Carlo方法对计算结果进行验证。基于所求得耦合系统的随机特性结果，绘制得到了耦合系统随机响应的累积分布函数曲线，讨论了系统的极值和概率分布情况。探讨了车速、轨道不平顺类型以及列车编组对耦合系统随机特性的影响。引入了无量纲时间序列对车辆随机振动的稳态特性进行评价，得到了车辆稳态随机振动特性与车-桥耦合系统的内在联系;分析了车速对耦合系统随机振动影响的内在机理，讨论了在不同车速作用下的耦合系统的时刻极值和时段极值。车-桥耦合系统具有时变系统特性，对车辆过桥全时段的极值进行考察更具有科研和实际工程意义。研究了不同功率谱轨道不平顺对耦合系统随机特性的影响，不同轨道不平顺在相关频率段曲线变化一致时，所得随机特性曲线形式保持一致。计算得到了车-桥耦合系统的峰值因子，峰值因子主要受到结构特性的影响，对车速和轨道不平顺种类的影响并不敏感。　　(4)运用多样本计算了风荷载作用下的车-桥耦合系统的随机特性，明确了轨道不平顺和风荷载激励对耦合系统的作用具有相互独立的特性。在轨道不平顺和风荷载共同作用下的耦合系统随机特性方差结果等同于两种荷载分别作用的响应方差之和，满足统计学的方差叠加原理。考察了不同风速、车速以及列车编组作用下的车-桥耦合系统的随机特性结果和极值分布情况。
作者：	朱思宇
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李永乐
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文